臺灣博碩士論文加值系統

關於微圖案的使用方面有越來越多的需求，所以對於微米和奈米級的模具能夠有效的重覆使用，就能提升其經濟價值。長期以來，對於這些模具已經做了許多嘗試於各種製造方法，如光刻，FIB，雷射剝蝕和精密鑽石車削。
在眾多製造方法中，至今為止鑽石車削是最常被使用的方法，而精密車削光學級滾輪用於滾輪壓製生產，如BEF和3D膜的微圖案生產。
然而，在微切削的過程中所產生的微毛邊，它不僅使得模具無法使用，也會增加加工的成本。對於微切削的研究是基於有限元素的模擬和鑽石車削實驗製程，而加工參數對於毛邊形成的影響，如刀刃半徑、刀具夾角、切削深度、切削速度、螺旋切削和直接切入切削進行了系統的研究。
其結果顯示：（一）刀刃半徑和切削深度對於毛邊形成有深遠的影響。
（二）微切削過程中在抑制毛邊的形成，其直接切入的切削方式優於螺旋切削。

As the demand for micro-patterned parts getting bigger, the need for molds with micro/nano scaled patterns to duplicate these parts effectively and economically is increasing ever so rapidly. Over the years, numerous attempts have been made to fabricate these molds using various approaches such as lithography, FIB, laser ablation, and precision diamond turning. Amongst these approaches, diamond turning is by far the most commonly used method to generate the micro-patterned rollers for roll-to-roll fabricating of precision optical parts such as BEF and 3D films. However, micro-burrs are frequently produced during the micro-cutting process which not only makes the mold un-usable but also increases the cost of machining. Efforts have been made to study the burr formation process during the micro-cutting by finite element method based simulation and diamond turning experiments. Influences of the machining parameters such as cutting edge radius, included angle, depth of cut, cutting speed and spiral/plunge-cut approaches on the burr formation were systematically investigated. The results show that (i) cutting edge radius and depth of cut have profound effect on burr formation and (ii) plunge-cut approach performs better than spiral-cut in suppressing the burr formation during micro-cutting process.

誌謝 I
中文摘要 II
英文摘要 III
表目錄 XI
符號說明 XII
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2 研究背景 3
1-3 研究動機與目的 6
第二章 文獻回顧與理論 7
2-1 金屬切削基本理論 7
2-1-1切削基本模式 8
2-1-2二維切削力學 9
2-1-3切削尺寸效應 11
2-2刀具幾何對切屑之影響 15
2-2-1刀具磨耗種類 16
2-2-2切屑的形狀及種類 18
2-2-3刀具幾何切削時切屑流動型態 21
2-3毛邊的形狀及形成機制 22
2-3-1毛邊(Burr)定義 22
2-3-2 毛邊的形態 22
2-3-3毛邊的形成機制 24
2-3-4 微切削毛邊的模擬與預測 31
第三章 實驗設備與實驗步驟 34
3-1實驗目的 34
3-2 實驗規劃 35
3-3實驗設備及加工方法 37
3-3-1 加工工件與刀具： 37
3-3-2 加工方法 39
3-4 加工表面檢測 45
3-4-1 試片結構尺寸與毛邊狀況之檢測 45
3-4-2 刀具外觀檢視與刀刃r值檢測 46
第四章 研究結果與討論 55
4-1 刀具刀刃R值與切削深度的關係對於毛邊現象之影響 55
4-2刀刃r值與切削深度的關係之有限元素模擬 57
4-2-1 各刀具內角夾之刀刃R值與毛邊高度關係之模擬 59
4-2-2 切削速度與毛邊高度之關係 62
4-3單次切削的不同深度對毛邊的影響性 66
4-4 直接切削(plunge-cut) 不同進給量對毛邊現象之影響 70
4-4-1 Plunge-cut 不同進給量對毛邊現象之影響 70
4-5螺旋切削(spiral-cut)的不同道次切削對毛邊現象之影響 73
4-5-1螺旋切削(spiral-cut)的2刀切削對毛邊現象之影響 73
4-5-2螺旋切削(spiral-cut)的3刀切削對毛邊現象之影響 74
4-6 不同內夾角刀具對切削後的毛邊現象之影響 76
4-7 不同磨耗刀具對切削後的毛邊現象之影響 79
4-7-1 Spiral-cut用不同刀具磨耗切削對毛邊現象之影響 79
4-7-2 plunge-cut用不同刀具磨耗切削對毛邊現象之影響 82
參考文獻 88

圖目錄
圖1-1 全球主要智慧手持裝置出貨量變化與預測【1】 1
圖1-2背光模組之主要零組件及成本組合【2】 2
圖1-3製造業花費於毛邊的佔用比【3】 3
圖1-4切削加工精度演進示意圖【4】 4圖2-1 圓柱車削示意圖【7】 7
圖2-2 切屑上的作用力之自由體圖【9】 10
圖2-3 正交之切削力關係圖【9】 10
圖2-4 切屑之形成幾何示意圖【9】 12
圖2-5 犁切力在滑移線區示意圖【15】 14
圖2-6 不連續切屑是示意圖【21】 18
圖2-7 連續式切屑是意圖【21】 19
圖2-8 有積屑形成BUE是意圖【21】 20
圖2-9 金字塔加工模式【22】 21
圖2-10毛邊種類示意圖【23】 22
圖2-11 蒲松型毛邊示意圖【24】 23
圖2-12 Fly-cut 刀具進給方向切削示意圖【25】 25
圖2-13 毛邊形成起源圖【26】 26
圖2-14 毛邊形成機制四個步驟【27】 27
圖2-15 切削深度ƒt與刀刃R得比值【28】 28
圖2-16 切削分力圖【28】 28
圖2-17 出口毛邊形成模式示意圖【29】 30
圖2-18 切削時毛邊形成示意圖【30】 31
圖2-19 切削加工之毛邊形成的有限元素模擬【31】 32
圖2-20 不同切削速度下的毛邊形成之有限元素模擬【31】 32
圖2-21 以FEM模擬金屬切削毛邊【32】 33
圖3-1 實驗規劃流程圖 36
圖3-2實驗材料 37
圖3-3實驗鑽石刀具 37
圖3-4 TOSHBA MACHINE 39
圖3-5 Plunge- cut示意圖 40
圖3-6 Spiral cutting示意圖 40
圖3-7 掃描式電子顯微鏡 45
圖3-8 雷射掃描顯微鏡 45
圖3-9內夾角45度的鑽石刀具SEM照片 46
圖3-10內夾角90度的鑽石刀具SEM照片 46
圖3-11內夾角130度的鑽石刀具SEM照片 46
圖3-12刀具編號T3-45w的刀刃磨耗狀況SEM照片 47
圖3-13刀具編號T4-45w刀刃磨耗狀況SEM照片 47
圖3-14刀具編號T5-45w刀刃磨耗狀況SEM照片 47
圖3-15刀具編號T6-45w刀刃磨耗狀況SEM照片 48
圖3-16刀具編號T7-90w刀刃磨耗狀況SEM照片 48
圖3-17刀具編號T8-90w刀刃磨耗狀況SEM照片 48
圖3-18刀具編號T9-90w刀刃磨耗狀況SEM照片 49
圖3-19刀具編號T10-90w刀刃磨耗狀況SEM照片 49
圖3-20 矽膠切割剖面示意圖 50
圖3-21 confocal刀具矽膠示意圖 50
圖3-22 刀刃R值與刀尖距離關係式 50
圖4-1刀刃R值對於切削深度之關係示意圖 55
圖4-2有限元素模擬 磨耗90度內夾角鑽石車刀 57
圖4-3不同的內夾角刀具及刀刃r值與毛邊高度之關係 60
圖4-4切削速度與毛邊高度之關係 63
圖4-5內夾角90度鑽石刀具刀刃銳利 66
圖4-6內夾角90度鑽石刀具刀刃磨耗 66
圖4-7刀具銳利切深 25μm的微結構照片 67
圖4-8刀具磨耗切深25μm的微結構照片 67
圖4-9刀具磨耗切深45μm的微結構照片 68
圖4-10刀具磨耗切深45μm的微結構照片 68
圖4-11 10μm/rev切削量 70
圖4-12 1.3μm/rev切削量 71
圖4-13 1μm/rev切削量 71
圖4-14 10μm/rev切削量 72
圖4-15(10μm/rev)x5 +(1μm/rev)x10 72
圖4-16刀具90度內夾角2刀切深12 +12μm 73
圖4-17刀具90度內夾角2刀切深16+8μm 73
圖4-18刀具90度內夾角3刀切深14+8+2μm 74
圖4-19刀具90度內夾角3刀切深14+6+4μm 75
圖4-20第一組不同內夾角刀具切削後狀況 77
圖4-21第二組不同內夾角刀具切削後狀況 78
圖4-22 T3-45W刀具切削後為微結構之毛邊現象 79
圖4-23 T4-45W刀具切削後為微結構毛邊現象 80
圖4-24 T5-45W刀具切削後為微結構之毛邊現象 81
圖4-25 T6-45W刀具切削後為微結構之毛邊現象 81
圖4-26 T7-90W刀具切削後為微結構之毛邊現象 82
圖4-27 T8-90W刀具切削後為微結構之毛邊現象 82
圖4-28 T9-90W刀具切削後為微結構之毛邊現象 83
圖4-29 T10-90W刀具切削後為微結構之毛邊現象 83

表目錄
表3-1鑽石刀具規格 38
表3-2直接切削與螺旋切削的比較表 41
表3-3刀具內夾角45度切削加工參數 42
表3-4刀具內夾角90度切削加工參數 43
表3-5刀具內夾角130度切削加工參數 44
表3-6 刀具T3-45W的不同切深刀刃R值 51
表3-7刀具T4-45w的不同切深刀刃R值表 51
表3-8刀具T5-45w的不同切深刀刃R值表 52
表3-9刀具T6-45w的不同切深刀刃R值表 52
表3-10刀具T7-90w的不同切深刀刃R值表 53
表3-11刀具T8-90w的不同切深刀刃R值表 53
表3-12刀具T9-90w的不同切深刀刃R值表 54
表3-13刀具T10-90w的不同切深刀刃R值表 54
表4-1刀刃r值與切削深度的參數組合 56
表4-2磨耗鑽石車刀為90度內夾角的切削加工 57
表4-3不同內夾角鑽石車刀及刀刃r值與毛邊高度之關係 59
表4-4不同切削速度與毛邊高度之關係 63
表4-5不同切削速度與毛邊高度之關係 69

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